Pour séquencer le génome, la recherche à besoin d'instruments puissants et complexes, dont le coût pour les laboratoires s'estime en dizaines voire en centaines de milliers d'euros. C'est pour faciliter la vie des chercheurs que la société britannique Oxford Nanopore, sortie du giron de l'université d'Oxford en 2005, a lancé, en 2014, un séquenceur d'ADN et d'ARN portatif mesurant à peine 10 cm, baptisé MinION. Un appareil qui a déjà servi, début 2018, à séquencer le génome humain, travaux publiés dans Nature Biotechnology.
Mais cet appareil présentait jusque là encore un inconvénient : décoder un génome nécessite de la puissance de calcul, il fallait donc brancher l'appareil à un ordinateur suffisamment performant. À l'occasion de la conférence européenne annuelle du fabricant de semiconducteurs Nvidia, qui avait lieu à Munich du 10 au 13 octobre 2018, Oxford Nanopore a annoncé le lancement d'un nouveau produit : un boîtier capable de se charger de l'analyse des données en temps réel, de la taille d'un petit disque dur externe, qui embarque un accélérateur de calcul conçu par Nvidia. Au final, une solution de séquençage complète ... et qui tient dans la poche. "Cela nous permet de décoder le génome d'une bactérie en moins de 20 minutes de traitement", se réjouit Rosemary Dokos, directrice produit. Bienvenue dans l'ère du séquençage génétique mobile en temps réel... ou presque.
Convertir le code génétique en courant électrique
Plusieurs méthodes industrielles de séquençage de l'ADN ou de l'ARN (deux formes de code génétique) coexistent aujourd'hui.
Pour séquencer le génome, la recherche à besoin d'instruments puissants et complexes, dont le coût pour les laboratoires s'estime en dizaines voire en centaines de milliers d'euros. C'est pour faciliter la vie des chercheurs que la société britannique Oxford Nanopore, sortie du giron de l'université d'Oxford en 2005, a lancé, en 2014, un séquenceur d'ADN et d'ARN portatif mesurant à peine 10 cm, baptisé MinION. Un appareil qui a déjà servi, début 2018, à séquencer le génome humain, travaux publiés dans Nature Biotechnology.
Mais cet appareil présentait jusque là encore un inconvénient : décoder un génome nécessite de la puissance de calcul, il fallait donc brancher l'appareil à un ordinateur suffisamment performant. À l'occasion de la conférence européenne annuelle du fabricant de semiconducteurs Nvidia, qui avait lieu à Munich du 10 au 13 octobre 2018, Oxford Nanopore a annoncé le lancement d'un nouveau produit : un boîtier capable de se charger de l'analyse des données en temps réel, de la taille d'un petit disque dur externe, qui embarque un accélérateur de calcul conçu par Nvidia. Au final, une solution de séquençage complète ... et qui tient dans la poche. "Cela nous permet de décoder le génome d'une bactérie en moins de 20 minutes de traitement", se réjouit Rosemary Dokos, directrice produit. Bienvenue dans l'ère du séquençage génétique mobile en temps réel... ou presque.
Convertir le code génétique en courant électrique
Plusieurs méthodes industrielles de séquençage de l'ADN ou de l'ARN (deux formes de code génétique) coexistent aujourd'hui. La plupart fonctionnant par électrophorèse, c'est à dire la séparation des acides nucléiques grâce à un champ électrique, des techniques qui impliquent de fragmenter le génome, avant de reconstituer l'ordre des nucléotides. L'approche est ici radicalement différente : le séquençage est réalisé en faisant passer l'ADN ou l'ARN par des nanopores (des trous de l'ordre de nanomètres percé à travers une membrane). Or, si l'on plonge ces nanopores dans un liquide conducteur, on s'aperçoit que le courant électrique varie en fonction des molécules piégées dans le nanopore. En les filtrant selon le principe mécanique du tamis, on ne fait passer qu'un nucléotide à la fois. Aujourd'hui, les nanopores utilisés par la firme sont des protéines obtenues à partir de bactéries modifiées. Mais elle développe également des membranes solides non biologiques, par exemple en silicium ou en graphène, dotées de trous à l'échelle nanométrique. La firme a publié (ou participé à la publication) de nombreux articles scientifiques sur cette technologie et ses applications.
SÉQUENCE. De quoi identifier directement les bases, mais surtout mémoriser leur enchaînement ! "Cela permet de lire des fragments d'ADN ou d'ARN beaucoup plus longs que ce qui est fait avec les outils actuels, et de mieux comprendre la structure du génome. C'est particulièrement utile si par exemple, on cherche à identifier une mutation précise", précise Rosemary Dokos.
L'intelligence artificielle accélère le déchiffrage du génome
Car il faut bien traduire les signaux électriques captés par le MinION lors du séquençage en nucléotides. Pour mener à bien cette tâche, le boîtier embarque des processeurs GPU (type d'architecture de microprocesseurs) particulièrement adaptés à l'apprentissage profond (deep learning), et en particulier la reconnaissance de formes. Autre particularité des GPU : ils sont particulièrement adaptés au calcul parallèle, où plusieurs tâches sont menées de front. Or, chaque appareil est muni de 512 canaux à nanopores captant les fluctuations électriques... pouvant ainsi être traduites en code génétique simultanément.
Principe de conversion du code génétique par nanopore / Crédits : Nvidia
Oxford Nanopore, ou le séquençage génétique en quelques minutes grâce à un accélérateur GPU (dans le boitier noir). Avec déjà pas mal publis scientifiques inpliquant la techno, projet à suivre...#GTC18 pic.twitter.com/G7VZ1pNbbu
— Sarah Sermondadaz (@datisdaz) 11 octobre 2018
"À terme, nous espérons que cette technologie pourra aussi être utilisée en dehors du domaine médical, par exemple dans l'agriculture, ou pour l'analyse biologique de la qualité de l'eau", imagine la directrice produit. S'il vous vient, à la lecture, une envie subite de décoder votre génome, sachez qu'il s'agit d'un outil destiné aux professionnel : il vous en coûterait tout de même au minimum 900 dollars (prix du capteur MinION), auquel il faut ajouter 2400 dollars pour le boîtier informatique.
